輕型無土基質育出的水稻秧苗。秦志偉攝
韓恩波（前排右）和中國水稻所黨委副書記方向在現場觀摩。
茛水稻機插秧現場展示。
位于黑龍江省雙鴨山市寶清縣的輕型無土育秧基質實驗大棚里，寶清縣副縣長韓恩波拿起幾棵輕型無土基質育出的水稻秧苗，又用力拔起幾棵用營養土育出的秧苗進行對比。他指著輕型無土基質育出的秧苗說：“這個通氣性好，養分供應充足”。
這一幕發生在日前召開的2017年水稻輕型無土基質育秧技術現場會上。該技術是由中國農業科學院中國水稻研究所研究員金千瑜團隊以作物秸稈等農業廢棄物為主要原料研制而成的，是在中國農科院科技創新工程支持下的水稻綠色增產增效技術集成示范項目。截至目前，輕型無土育秧基質已在各稻區大規模生產應用。
韓恩波所說的養分供應充足是其特點之一。“輕型無土育秧基質最大特點是以作物秸稈為主要原料，并與無土基質母劑有機結合，養分組成與作物生長所需的營養較吻合。”金千瑜告訴《中國科學報》記者，當前背景下，研究和開發水稻無土基質育秧新技術，來替代目前的營養土育秧，是水稻機插秧育秧技術的發展趨勢。
無土可取，育秧從何談起？
水稻是我國最主要的糧食作物，水稻生產機械化是農作物全程機械化的重要標志。記者了解到，我國雖然在水稻耕作和收獲環節基本實現了機械化作業，但機械化種植是我國水稻生產全程機械化的瓶頸。
機插秧是水稻機械化種植的主導方式，據不完全統計，2014年我國水稻機插秧面積只有1.8億畝左右。在金千瑜看來，推行水稻機插秧，育秧是關鍵。
目前，水稻機插秧主要采用營養土育秧和帶土移栽。據了解，20世紀70年代末，我國從日本引進盤育機插水稻種植技術和水稻工廠化育苗技術，開始了我國育秧基質的研究。
其中，營養土由于養分全面、操作簡單、育成秧苗質量高等優點而得到大力推廣。但隨著水稻機插秧面積的不斷增加，育秧盤土的取土問題日益突出，越來越制約水稻機插秧的進一步發展。
“雖然盤土育秧一定程度上促進水稻機插秧的發展，但嚴重破壞了土壤資源并對周圍生態環境造成一定的負面影響，不利于水稻機插秧的大面積推廣。”金千瑜告訴記者。
據測算，每1500畝機插秧的育秧取土要破壞約1畝農田或林地耕作層土壤；同時，育秧床土的取土、曬干、粉碎、過篩及運輸、儲存等環節費工費時，勞動強度大。
此外，育秧床土的培肥、調酸、滅菌等不易做到均勻一致，床土質量很難保證，甚至造成育秧的秧苗參差不齊。“年復一年的育秧取土導致最終的結果是無土可取。”金千瑜說。
為解決取土難、破壞植被與環境等問題，利用自然資源及工農業廢棄物等開發水稻無土育秧基質成為目前的研究熱點。
從1981年我國水稻脲醛泡沫塑料育苗試驗成功到20世紀90年代初期免疫育苗的出現，再到20世紀90年代中后期利用農業廢棄物研究有機基質，雖然在無土育秧基質上取得了長足的發展，但因種種條件，相關技術未能得到大面積推廣。
2004年以來，我國開始對農機進行補貼，全國插秧機數量快速增多，對機插秧苗質量要求日益提高，盤育秧苗市場迅速壯大，商品化育秧基質開始涌現，促進了基質的研究、應用與推廣。
目前水稻無土育秧基質一般是采用泥炭、農家肥、沼渣、造紙廢漿等，添加化學肥料與高分子化學物質配置而成。“化學原料的添加在一定程度上提高了基質生產成本，也對周圍生態環境造成一定負面影響；高分子化學物質隨秧苗移栽進入稻田土壤，其在土壤中降解周期緩慢，且降解殘留物易對農田土壤造成二次污染；而且，泥炭等原料來源不可再生。”金千瑜解釋道。
一舉多得的輕型無土育秧基質
在現場會上，金千瑜用一句很專業的話解釋了他們團隊研制的水稻輕型無土育秧基質，“選取不同作物秸稈中的一種或一種以上混合物為基質的主要成分與構架，添加一定比例的其它生物質材料以及有關營養元素、天然保水劑、膨化劑、粘結劑、促根劑與滅菌劑等”。
作物秸稈是首先被關注的。現場會舉辦地寶清縣位于黑龍江省東部北大荒核心區，是三江平原糧食主產區，農作物種類多、產量高，全年秸稈總產量約190.67萬噸，秸稈量大、面廣也成為當地政府部門頭疼的事。
韓恩波在接受《中國科學報》記者采訪時也是第一次看到這個水稻輕型無土基質育秧技術，當聽到該技術能處理一定量的秸稈時，感到很高興。而寶清縣只是全國的縮影。
據介紹，金千瑜團隊從2011年起開展水稻機插秧無土育秧基質關鍵技術的試驗與研究，“無土基質母劑就研究、試驗了好幾年，現在還在加強研究。”團隊成員、中國水稻所副研究員曹小超告訴記者，這正是新技術的核心之處。
而這項核心技術也使得基質擁有了很多優點，諸如具有較好的吸水膨脹性、充足的養分供應能力，培育的秧苗質量高、抗逆性強、移栽返青快，秧苗根系盤結性好、與機插機兼容性強等。
記者現場發現，與會考察人員很輕松就能拎起一毯秧苗，這也是與營養土最顯著的區別——輕。金千瑜團隊的試驗表明，輕型無土基質容重比營養土低85.19%，顯著低于營養土。
2013年，輕型無土育秧基質技術在浙江省嘉興市秀洲區鐘管鎮“農投農場”首次開展大田機插秧5000畝示范并取得了初步成功，水稻平均畝產630公斤。
據金千瑜團隊試驗，輕型無土基質育出的秧苗在移栽4天后出現分蘗，比用營養土、有土混合基質育出的秧苗早4 天。同時前者處理的水稻在盛蘗期、齊穗期和完熟期干物質積累量顯著高于對照處理，產量比對照高5.30%。
值得一提的是，與傳統土育秧的營養土質量不均一、水稻秧苗易發病害相比，輕型無土育秧基質育秧無需養分、酸度等調節過程，質量穩定，不易發生病害。
“目前已篩選出若干種能培育出規范化毯狀秧苗、成本低廉、與機插技術兼容性強的不同主原料來源的系列輕型無土育秧基質。”金千瑜向記者介紹，該項技術已獲得授權發明專利及實用新型專利12項。
“具有很好的推廣價值和潛力”
輕型無土育秧基質有很多優點，但金千瑜并不否認與營養土還有區別。在金千瑜看來，土是萬物生長之本，“我們也是盡量模擬土壤的結構，使基質更利于秧苗的生長”。
據介紹，團粒結構是肥沃土壤主要的結構形態，團粒結構具有水穩性且不易為機械力所破壞，其功能在于使土壤肥力因素水、肥、氣、熱更為協調。模擬土壤團粒結構也是金千瑜團隊努力的方向。
在現場有用戶反映，因為該基質太輕導致灰塵大、秧苗出現頂蓋的問題。“這些問題當時也想到了，正在尋找合適的天然吸水劑。”金千瑜回應道，并不想增加基質的水分，“目前基質含水量低于10%，生產的基質成品適宜長期儲存，保質期均能達到3年以上”。
由于東北和南方的氣候不同，出苗時間有差異，如南方一般在20~25天，而東北需要30多天。有用戶反映，時間久了養分供應不足。在金千瑜看來，并不是養分供應不足，還是因為基質無法完全達到土壤結構狀態。
但凡事總需權衡。相比其他無土育秧基質，金千瑜團隊研制成的輕型無土育秧基質更符合水稻機插秧育秧技術和保護土壤環境的發展趨勢，也得到與會專家的認可。
早在2014年，中國農業科學院黨組書記陳萌山了解到該項技術60%的成分來自農作物秸稈、40%源于天然礦物質后就認為其“具有很好的推廣價值和潛力”。
事實也證明了這一點。當年，該技術在浙江、廣西、湖北、安徽、江西、四川、黑龍江等10多個省區開展了12.3萬畝的試驗與示范，取得較好示范效果。2016年，輕型無土育秧基質已在各稻區開始大規模生產應用。
“下一步，我們將分析把畜禽糞便作為無土育秧基質的可行性，但目前大面積畜禽糞便無害化處理還有一定難度。”金千瑜說。據統計，近年來我國畜禽養殖總量不斷上升，每年產生38億噸畜禽糞便，有效處理率卻不到50%。
但不可否認，無土育秧基質新技術是推進水稻機插秧甚至水稻全程機械化的關鍵，而解決農田土壤環境、農業廢棄物等難題也是其發展方向。
